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Ancien élève de l'École normale supérieure (promotion 1886)[2], il obtient l'agrégation de sciences naturelles en 1890[3]. En 1899 il est nommé professeur de géologie et minéralogie à l'université de Toulouse. Il se consacre alors à l'étude sur la géologie des Pyrénées, et plus particulièrement sur la stratigraphie et la tectonique ; il démontre l'existence de nappes de charriage dans les Corbières. En 1904, il revient à Paris et devient directeur du laboratoire de géologie de l'École normale supérieure[4].
Léon Bertrand est, en compagnie de Louis Barrabé, un pionnier de la prospection pétrolière en France. Les deux hommes sont à l'origine des découverte de gisements de gaz dans le piémont pyrénéen dans les années 1940 et 1950, notamment celui de Saint-Marcet[5].
